光倍增可稳定改善太阳能电池

现在，基于硅技术的太阳能电池已经接近其效率极限，世界各地的研究人员都在寻找替代技术来进一步提高太阳能电池的效率。AMOLF和剑桥大学的物理学家已使用建模技术来比较两种有前途的技术：单重裂变光子倍增器和串联太阳能电池。尽管潜在的效率提高几乎相等，但单线态裂变光子倍增器却在不同的天气条件下更加稳定。同样，单线态裂变光子倍增器不需要对硅技术进行修改，这意味着它甚至可以用于改进现有的太阳能电池。研究人员在ACS能源快报中发表了他们的发现。

在过去的20年中，实验室生产的创纪录的硅太阳能电池的效率仅提高了2%，并且在未来几年将很难做出进一步的改进。主要原因是常规太阳能电池浪费了大部分入射阳光。硅技术根本无法将所有阳光转化为电能，因为硅仅吸收部分太阳光谱。同样，光谱中蓝色部分的高能光子无法有效转换，它们在太阳能电池中产生多余的热量。

在AMOLF研究所，由Bruno Ehrler领导的混合太阳能电池小组研究了有机半导体的特性，以克服无机(硅)太阳能电池的局限性。博士说：“有两种有希望的策略可以极大地改善太阳能电池。” 学生Moritz Futscher。“第一种基于混合钙钛矿材料和硅的组合的串联太阳能电池技术受到了广泛的关注，并且受到了世界各地研究人员的广泛研究。我们也研究钙钛矿，但我们也是其中的一种很少有研究小组研究第二种技术，该技术利用了称为单重态裂变的过程。”

单重态裂变是仅在有机半导体中发生的过程。当吸收高能光子时，会产生称为单重态激子的高能粒子。该单重态激子转换成两个三重态激子，每个三重态激子的能量约为单重态激子的一半。“通过这种方法，我们从一个高能光子中创建了两个低能光子。然后，这些光子通过量子点(由半导体制成的微小粒子)发射到下面的太阳能电池中，” Futscher解释说。“通过这种方式，单重态裂变可以作为光子倍增器。”

Futscher和他的同事在理论上将单线态裂变光子倍增器与串联型太阳能电池进行了比较，后者在实际天气条件下使用钙钛矿和硅的组合。Futscher说：“我们知道串联太阳能电池在阳光充足的地区工作得很好，但是在天气条件波动的地区表现不佳。因此我们考虑了天气和太阳光谱，” Futscher说。“我们发现单线裂变光子倍增器和硅太阳能电池的组合与钙钛矿与硅(串联)的组合一样有效。但是，在荷兰发现的多变的天气条件下，单线裂变光子倍增器证明是更稳定的选择。”

基于单线裂变的太阳能电池与串联太阳能电池一样可能工作，甚至在某些情况下甚至更好，这一事实使它成为非常有趣的替代方案。“这些光子倍增器很容易制造。它基本上是一块薄塑料箔，可以放在现有太阳能电池的顶部。太阳能电池技术本身不需要改变，” Futscher说。“尽管该技术最适合最新的太阳能电池，但这种单线态裂变箔甚至可以改善所使用的硅太阳能电池的性能，尤其是在荷兰我们面临的气候条件变化的情况下。”